新型变径提升管反应器实验研究

论文摘要

面对丙烯等低碳烯烃不断增长的市场需求,传统提升管催化裂化过程很难达到多产低碳烯烃并兼顾轻油收率的炼化一体化要求。针对该问题,中国石油大学（华东）成功开发了两段提升管催化裂化增产丙烯（TMP）工艺,该工艺采用一种新型的变径提升管反应器。由于变径段和多层进料结构的存在,传统等径提升管内的气固流动规律很难直接应用到新型变径提升管。因此,详细研究变径段和多层进料结构对气固两相流动的影响,以及扩径段内催化剂颗粒的流动发展情况对于提升管反应器的设计、放大和优化操作具有重要的学术和工程价值。本论文实验装置由底部扩径段和上部等径段两部分构成,总高度为8.3m,等径段直径为50mm,扩径段的高度和直径可调。提升管预提升进气口和扩径段内设置的盘管进气口、喷嘴进气口共同构成了新型提升管的多层进气结构。以空气-FCC催化剂两相体系为研究对象,通过测量提升管内的轴向压力梯度分布和多个高度截面上的局部颗粒浓度分布及速度分布,深入分析了多层进料结构和扩径段结构参数对提升管内气固两相流动的影响,并优选出效果较好的结构参数,对比了新型变径提升管与传统等径提升管内气固两相流动特征的异同,研究了不同操作条件对新型变径提升管内流动规律的影响。针对提升管内存在的催化剂偏流现象,本文最后考察了不同的盘管进气结构对提升管扩径段内催化剂分布的影响。实验结果表明,扩径段结构参数分别为D/d=2、H/D=5、h/H=3/5时,新型变径提升管内催化剂的分布情况最为理想。与传统等径提升管相比,在相同的操作条件下,新型变径提升管扩径段的浓度均可提高10倍以上;在一定的操作气速下,新型等径提升管内全床总压降?Pt与固体循环速率Gs之间同样存在良好的线性关系。对于新型变径提升管而言,增大操作气速或减小固体循环速率均会提高催化剂轴、径向分布的均匀程度,然而提升管内不同高度截面上的不同径向位置对两者的敏感程度有所不同;在实验操作范围内,适当增加预提升气和下层喷嘴的进气比例,可以提高装置的操作弹性。针对不同盘管进气口结构形式,与A型和C型相比,B型盘管进气口结构形式有利于消除催化剂的偏流现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 流态化技术
• 1.2 提升管催化裂化技术
• 1.2.1 传统催化裂化技术的发展及面临的问题
• 1.2.2 重油催化裂化技术进展
• 1.2.3 变径技术在提升管中的应用
• 1.3 课题的提出和主要工作
• 第二章 实验装置和参数测量
• 2.1 实验装置和流程描述
• 2.1.1 冷模装置
• 2.1.2 流程描述
• 2.1.3 实验固体颗粒物性
• 2.2 参数测量
• g'>2.2.1 操作气速U_g
• s'>2.2.2 颗粒循环速率G_s
• 2.2.3 提升管中的压力梯度?P/?H
• s'>2.2.4 颗粒浓度ε_s
• s'>2.2.5 局部颗粒速度V_s
• 第三章 扩径段结构参数的优选
• 3.1 扩径比例
• 3.1.1 对催化剂平均固含率轴向分布的影响
• 3.1.2 对催化剂局部固固固含 含率径向分布的影响
• 3.2 扩径段高径比
• 3.2.1 对催化剂平均固含率轴向分布的影响
• 3.2.2 对催化剂局部固含率径向分布的影响
• 3.3 上层喷嘴位置
• 3.3.1 对催化剂平均固含率轴向分布的影响
• 3.3.2 对催化剂局部固含率径向分布的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 新型变径提升管内气固流动规律研究
• 4.1 提升管底部变径
• 4.1.1 对压力梯度分布的影响
• 4.1.2 对固含率分布的影响
• t 与操作参数的关系'>4.1.3 全床总压降△P_t与操作参数的关系
• 4.1.4 多层进气结构不同进气比例的影响
• 4.2 操作条件
• s 对固含率分布的影响'>4.2.1 G_s对固含率分布的影响
• g 对固含率分布的影响'>4.2.2 U_g对固含率分布的影响
• s 对颗粒速度径向分布的影响'>4.2.3 G_s对颗粒速度径向分布的影响
• g 对颗粒速度径向分布的影响'>4.2.4 U_g对颗粒速度径向分布的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 不同盘管进气结构的对比
• 5.1 A 型盘管进气结构存在的问题
• 5.2 不同盘管进气结构的对比
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢